CN213360078U - 一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机，包括底座、变频电机、摆线针轮减速器、联轴器、换向箱、机架、传动滚筒、平衡气动马达、悬绳器、悬点皮带、大天车轮、让位机构、小天车轮、配重皮带、配重块；换向箱中包括输入轴、曲柄、连杆、摇杆、扇形齿轮、圆柱齿轮、输出轴，并以此构成行星轮系实现换向；变频电机的输入频率呈正弦曲线变化，并且根据抽油机实际运行状况，由频率优选算法进行调整；双向摆动气缸与传动滚筒同轴连接，在抽油机不平衡时提供相应力矩，来保证抽油机平稳运行。本实用新型结合机械换向、自平衡、变频控制，主要的优点在于效率高、可靠性高、效益高、运行更平稳。

Description

一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机

技术领域

本实用新型属于石油机械领域，特别是涉及一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机。

背景技术

伴随着国内外大部分油田开发进入中后期，传统的游梁式抽油机存在系统效率低、能耗高的问题，对于抽油机在长冲程、低冲次等方面的性能的需求日渐增加，但对于传统抽油机来说，增加冲程与降低冲次都会直接导致抽油机的体积结构与重量大幅增加，生产成本也会随之提高，因此，游梁式抽油机依然不能满足现阶段油田的工作需求，对于新型智能化无游梁式抽油机的改进与研发具有重大的现实意义。授权公告号CN206487447U的实用新型，采用了新型的纯机械换向装置，具有结构简单、效率高、高可靠性、长冲程、低冲次、承受载荷大、占地面积小、制造成本低等优势，能够较好地解决滚筒式抽油机在换向中存在的问题。但是，该实用新型抽油机在智能化平衡调节方面存在欠缺，需要进一步改进。

针对我国油田开发现状，为满足智能化油田建设的需要，抽油机应向高效率、低能耗和智能控制方向发展，研制具有长冲程、自动监测调参、闭环智能控制、高可靠性及适应性等功能的智能抽油机是抽油机发展的主要方向，研制新型无游梁式智能抽油机有着十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机。

本实用新型的技术方案如下：一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机，其特征在于：包括底座1、变频电机2、摆线针轮减速器3、减速联轴器4、换向箱5、换向箱联轴器6、机架7、传动滚筒8、平衡装置联轴器9、气动平衡装置10、悬带器11、悬点皮带12、大天车轮13、让位机构14、小天车轮15、配重皮带16、配重块17；所述底座1上设置有变频电机2、摆线针轮减速器3、换向箱5、机架7、传动滚筒8、气动平衡装置10；所述机架7上方安装有大天车轮13、让位机构14、小天车轮15、配重块17；所述悬带器9借助悬点皮带12经过大天车轮13后与传动滚筒8之间连接；所述配重块17借助配重皮带16经过小天车轮15后与传动滚筒8之间连接；所述摆线针轮减速器3与换向箱5之间通过减速联轴器4连接；所述换向箱5输出轴与传动滚筒8通过换向箱联轴器6连接；所述气动平衡装置10输出端与传动滚筒8通过平衡装置联轴器9连接。

所述换向箱5中包括输入轴18、曲柄19、连杆20、摇杆21、扇形齿轮22、圆柱齿轮23、输出轴24；所述曲柄19、连杆20、摇杆21以铰接形式连接；所述连杆20与扇形齿轮22固定连接；所述圆柱齿轮23通过键连接安装在输出轴24上，并且与扇形齿轮22之间啮合连接；所述摇杆21在固定两齿轮中心距的基础上，使齿轮啮合构成行星轮系。依靠换向箱5来实现动力的传递，并且以此来实现抽油过程的纯机械换向。

所述气动平衡装置10中包括空气压缩机10-1、过滤器10-2、截止阀10-3、储气罐10-4、减压阀10-5、压力表10-6、三位四通电磁换向阀10-7、消音器10-8、双向摆动气缸10-9。该闭环控制系统采用功率原则来评估抽油机的平衡状态，平衡状态良好时，气动平衡装置10中的三位四通电磁换向阀10-7两侧的电磁铁都断电，三位四通电磁换向阀10-7的阀芯在左右两边弹簧的作用下处于中位，双向摆动气缸10-9中没有压缩空气，此时双向摆动气缸10-9随传动滚筒8往复空转；当抽油系统处于欠平衡状态时，三位四通电磁换向阀10-7左侧的电磁铁通电，三位四通电磁换向阀10-7左位工作，双向摆动气缸10-9顺时针输出力矩，帮助抽油机增加平衡力矩；当抽油系统处于过平衡状态时，三位四通电磁换向阀10-7右侧的电磁铁通电，三位四通电磁换向阀10-7右位工作，双向摆动气缸10-9逆时针输出力矩，帮助抽油机减弱平衡力矩。

所述变频电机2可按照预先设置的频率变化方程进行工作，同时能够根据抽油机运行状况对频率进行优化，从而按照相应频率调整工作状态，实现抽油机的节能。

采用以上技术方案，抽油机在工作过程中，换向工作由换向箱5来实现；变频电机2实时收到优化的变频信号，并根据信号调节输出；当采用功率原则评估出抽油机出现不平衡状态时，气动平衡装置10中的双向摆动气缸10-9被激活向滚筒输出相应的扭矩，从而实现整机的平衡运行。

作为本案的优选方案，换向箱5中，连杆20与扇形齿轮22之间固定连接，从而依靠摇杆21与圆柱齿轮23之间构成行星轮系，将曲柄19的旋转运动转化成圆柱齿轮23的往复旋转运动，从而向传动滚筒8输出往复的旋转运动，以此来达到抽油机的换向目的。

作为本案的优选方案，通过气动平衡装置10中的三位四通电磁换向阀10-7的控制，在抽油机失衡状态下控制双向摆动气缸10-9提供相应的平衡力矩，保证抽油机的平稳运行。

作为本案的重要设计，变频电机2的起始频率设置为正弦频率曲线，周期等于抽油机单个冲程的时间，保证抽油过程中变频电机2频率的实时变化，并设置频率优化模型，根据实际情况对当前电机频率进行优化，频率优化后，根据输出结果调节变频电机2的输入电压，来提高变频电机2的效率。

有益效果：

1、该新型智能抽油机采用换向箱5来完成抽油机换向，结构简单，纯机械换向具有较高的可靠性。

2、采用功率平衡原则来评估抽油机的平衡状态，并依靠气动平衡装置10在抽油机失衡下的扭矩输出对抽油机的平衡状态进行智能调节。

3、变频电机2的输入频率采用实时且优化的变换方案，使得抽油机在效率与效益上都得到提高。

附图说明

图1是本实用新型所述整体结构的主视图；

图2是本实用新型所述整体结构的侧视图；

图3是本实用新型所述换向箱的内部结构示意图；

图4是本实用新型所述气动平衡装置气控原理图；

图中：1、底座；2、变频电机；3、摆线针轮减速器；4、减速联轴器；5、换向箱；6、换向箱联轴器；7、机架；8、传动滚筒；9、平衡装置联轴器；10、气动平衡装置；11、悬带器；12、悬点皮带；13、大天车轮；14、让位机构；15、小天车轮；16、配重皮带；17、配重块；18、输入轴；19、曲柄；20、连杆；21、摇杆；22、扇形齿轮；23、圆柱齿轮；24、输出轴；10-1、空气压缩机；10-2、过滤器；10-3、截止阀；10-4、储气罐；10-5、减压阀；10-6、压力表；10-7、三位四通电磁换向阀；10-8、消音器；10-9、双向摆动气缸。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步描述：

如图1、图2、图3、图4所示，一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机，其特征在于：包括底座1、变频电机2、摆线针轮减速器3、减速联轴器4、换向箱5、换向箱联轴器6、机架7、传动滚筒8、平衡装置联轴器9、气动平衡装置10、悬带器11、悬点皮带12、大天车轮13、让位机构14、小天车轮15、配重皮带16、配重块17；所述底座1上设置有变频电机2、摆线针轮减速器3、换向箱5、机架7、传动滚筒8、气动平衡装置10；所述机架7上方安装有大天车轮13、让位机构14、小天车轮15、配重块17；所述悬带器9借助悬点皮带12经过大天车轮13后与传动滚筒8之间连接；所述配重块17借助配重皮带16经过小天车轮15后与传动滚筒8之间连接；所述摆线针轮减速器3与换向箱5之间通过减速联轴器4连接；所述换向箱5输出轴与传动滚筒8通过换向箱联轴器6连接；所述气动平衡装置10输出端与传动滚筒8通过平衡装置联轴器9连接。

上述结构中换向箱5中包括输入轴18、曲柄19、连杆20、摇杆21、扇形齿轮22、圆柱齿轮23、输出轴24；所述曲柄19、连杆20、摇杆21以铰接形式连接；所述连杆20与扇形齿轮22固定连接；所述圆柱齿轮23通过键连接安装在输出轴24上，并且与扇形齿轮22之间啮合连接；所述摇杆21在固定两齿轮中心距的基础上，使齿轮啮合构成行星轮系。依靠换向箱5来实现动力的传递，并且将输入轴18的单向旋转运动转化成输出轴24的往复旋转运动，从而实现抽油过程的纯机械换向

所述气动平衡装置10中包括空气压缩机10-1、过滤器10-2、截止阀10-3、储气罐10-4、减压阀10-5、压力表10-6、三位四通电磁换向阀10-7、消音器10-8、双向摆动气缸10-9。该闭环控制系统采用功率原则来评估抽油机的平衡状态，平衡状态良好时，气动平衡装置10中的三位四通电磁换向阀10-7两侧的电磁铁都断电，阀芯处于中位，双向摆动气缸10-9中没有压缩空气，随传动滚筒8往复空转；当抽油系统处于失衡状态时，三位四通电磁换向阀10-7相应一侧的电磁铁通电，双向摆动气缸10-9输出相应力矩，帮助抽油机平衡力矩。

工作原理：变频电机2在优化的输入频率实时变化的情况下，经过摆线针轮减速器3进行减速后，带动换向箱5的输入轴18做单向旋转运动，旋转运动经过曲柄19、连杆20、摇杆21、扇形齿轮22、圆柱齿轮23等构成的行星轮系转化成圆柱齿轮23的往复式旋转运动，并带动传动滚筒8往复转动；传动滚筒8的往复转动通过悬点皮带12、配重皮带16分别转化成悬带器11与配重块17的上下往复运动，依靠悬带器9带动抽油杆运动，实现抽油。当抽油系统处在平衡状态时，气动平衡装置10中的双向摆动气缸10-9随传动滚筒8做无动力往复旋转；当抽油系统出现不平衡运行状态时，气动平衡装置10中的双向摆动气缸10-9被启动并输出相应力矩，作用于传动滚筒8并使其回到平衡运动状态。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (3)

1.一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机，其特征在于：包括底座(1)、变频电机(2)、摆线针轮减速器(3)、减速联轴器(4)、换向箱(5)、换向箱联轴器(6)、机架(7)、传动滚筒(8)、平衡装置联轴器(9)、气动平衡装置(10)、悬带器(11)、悬点皮带(12)、大天车轮(13)、让位机构(14)、小天车轮(15)、配重皮带(16)、配重块(17)；所述底座(1)上设置有变频电机(2)、摆线针轮减速器(3)、换向箱(5)、机架(7)、传动滚筒(8)、气动平衡装置(10)；所述机架(7)上方安装有大天车轮(13)、让位机构(14)、小天车轮(15)、配重块(17)；所述悬带器(11)借助悬点皮带(12)经过大天车轮(13)后与传动滚筒(8)之间连接；所述配重块(17)借助配重皮带(16)经过小天车轮(15)后与传动滚筒(8)之间连接；摆线针轮减速器(3)与换向箱(5)之间通过减速联轴器(4)连接；换向箱(5)输出轴与传动滚筒(8)通过换向箱联轴器(6)连接；气动平衡装置(10)输出端与传动滚筒(8)通过平衡装置联轴器(9)连接；换向箱(5)中包括输入轴(18)、曲柄(19)、连杆(20)、摇杆(21)、扇形齿轮(22)、圆柱齿轮(23)、输出轴(24)；所述曲柄(19)、连杆(20)、摇杆(21)以铰接形式连接；所述连杆(20)与扇形齿轮(22)固定连接；所述圆柱齿轮(23)通过键连接安装在输出轴(24)上，并且与扇形齿轮(22)之间啮合连接；所述摇杆(21)在固定两齿轮中心距的基础上，使齿轮啮合构成行星轮系；依靠换向箱(5)来实现动力的传递，并且以此来实现抽油过程的纯机械换向；气动平衡装置(10)中包括空气压缩机(10-1)、过滤器(10-2)、截止阀(10-3)、储气罐(10-4)、减压阀(10-5)、压力表(10-6)、三位四通电磁换向阀(10-7)、消音器(10-8)、双向摆动气缸(10-9)。

2.根据权利要求1所述的一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机，其特征在于：所述该抽油机采用功率原则来评估平衡状态，平衡状态良好时，气动平衡装置(10)中的三位四通电磁换向阀(10-7)两侧的电磁铁都断电，三位四通电磁换向阀(10-7)的阀芯在左右两边弹簧的作用下处于中位，双向摆动气缸(10-9)中没有压缩空气，此时双向摆动气缸(10-9)随传动滚筒(8)往复空转；当抽油系统处于欠平衡状态时，三位四通电磁换向阀(10-7)左侧的电磁铁通电，三位四通电磁换向阀(10-7)左位工作，双向摆动气缸(10-9)顺时针输出力矩，帮助抽油机增加平衡力矩；当抽油系统处于过平衡状态时，三位四通电磁换向阀(10-7)右侧的电磁铁通电，三位四通电磁换向阀(10-7)右位工作，双向摆动气缸(10-9)逆时针输出力矩，帮助抽油机减弱平衡力矩。

3.根据权利要求1所述的一种基于摆动气缸辅助平衡的智能抽油机，其特征在于：所述变频电机(2)可根据接收到的实时频率信号，从而按照相应频率调整工作状态，实现抽油机的节能。

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